高分子抗裂貼拉伸強度特性試驗研究

孫 慧，劉 軍，童 軍

( 長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010 )

高分子抗裂貼拉伸強度特性試驗研究

孫 慧，劉 軍，童 軍

( 長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010 )

高分子抗裂貼能有效抵抗層間裂縫處拉應(yīng)力，限制裂縫寬度發(fā)展，對瀝青路面局部結(jié)構(gòu)層可起到加筋的作用。考慮抗裂貼試樣不同寬度、不同拉伸速率、不同夾持標(biāo)距以及不同表層土工織物對其拉伸特性的影響，采用微機控制電子萬能試驗機對其進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明：抗裂貼試樣隨著寬度的增長，拉伸強度逐漸減小且變化顯著；隨著拉伸速率的不斷增加，抗裂貼的拉伸強度逐漸增大；夾持標(biāo)距對抗裂貼拉伸強度的影響規(guī)律性不明顯；表層土工織物的性質(zhì)對抗裂貼的拉伸強度影響較大。

抗裂貼；拉伸特性；表層土工織物；拉伸強度；夾持標(biāo)距

1 研究背景

水泥混凝土路面加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)后，受行車荷載、溫度變化、地基變形等作用，路面會產(chǎn)生各種形式的裂縫。裂縫破壞了路面的連續(xù)性和整體性，當(dāng)雨水從裂縫處不斷進入路面后會使道路基層甚至路基軟化，從而導(dǎo)致路面承載力下降，在行車荷載作用下，產(chǎn)生沖刷和擠漿現(xiàn)象，這種現(xiàn)象往往會使裂縫附近的瀝青混凝土面層碎裂、沉陷，嚴(yán)重影響瀝青路面的耐久性，并加速其破壞[1]。高分子抗裂貼作為水泥路面瀝青加鋪層的新型防裂材料，能夠有效地延緩與防治瀝青混凝土加鋪層反射裂縫的產(chǎn)生[2]。抗裂貼是由瀝青基的高分子聚合物、胎基、土工織物、 隔離膜等經(jīng)過專用機器設(shè)備擠壓復(fù)合而成的具有自粘性的抗裂、防水帶狀材料[3]。與其他土工防裂材料相比，是一種勁度模量低、抗變形能力強、粘貼牢固、便于施工、價格適宜的優(yōu)質(zhì)抗裂材料，具有良好的應(yīng)用前景。高分子抗裂貼能有效抵抗層間裂縫處拉應(yīng)力，限制裂縫寬度發(fā)展，對瀝青路面局部結(jié)構(gòu)層可起到加筋的作用。近年來，一些學(xué)者[4-8]對土工格柵的力學(xué)特性進行了大量的試驗研究，而對抗裂貼的研究則較少。為此本文選取高分子抗裂貼開展了拉伸強度特性試驗研究。

2 高分子抗裂貼拉伸強度特性試驗

2.1 試驗儀器

本試驗采用長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室的微機控制電子萬能試驗機。該設(shè)備配備全數(shù)字測量控制系統(tǒng)及計算機系統(tǒng)，可實現(xiàn)土工合成材料的拉伸試驗，配備相應(yīng)的夾具后可完成土工合成材料的剪切、剝離、撕裂、握持、頂破、刺破等力學(xué)性能試驗。拉力由拉力傳感器測讀，數(shù)據(jù)采集和處理由單片機自動控制，可自動判斷峰值。

2.2 試樣制備

將試樣平鋪在裁樣桌上，在離試樣邊緣100 mm處依據(jù)試驗設(shè)計要求裁剪試樣，剪切邊緣應(yīng)整齊，試樣表面應(yīng)平整，不允許有孔洞、缺邊和裂口。試驗前先將試樣置于濕度(65±2)%、溫度(20±2)℃的試樣室中靜置24 h。

2.3 試驗方案

為研究抗裂貼拉伸特性，依據(jù)《土工合成材料測試規(guī)程》[9]、《土工合成材料長絲機織土工布》[10]和《土工合成材料短纖針刺非織造土工布》[11]等規(guī)定，考慮抗裂貼試樣不同寬度、不同拉伸速率、不同長度以及不同表層土工織物對拉伸強度的影響，采用微機控制電子萬能試驗機分別對幾組試樣進行了拉伸試驗。第1組試驗主要比較分析了試樣在標(biāo)距100 mm、拉伸速率20 mm/min條件下，寬度分別為30，50，70，150 mm時抗裂貼的拉伸強度；第2組試驗主要比較分析了試樣在寬度50 mm、標(biāo)距100 mm條件下，拉伸速率分別為20，50，100，150，200 mm/min時抗裂貼的拉伸強度；第3組試驗主要比較分析了試樣在寬度為50 mm、拉伸速率100 mm/min條件下，夾持標(biāo)距分別為50，100，200,300 mm時抗裂貼的拉伸強度；第4組試驗主要比較分析了試樣在寬度50 mm、標(biāo)距100 mm、拉伸速率100 mm/min條件下，試樣表層土工織物分別為機織土工布和聚酯玻纖布2種材料時抗裂貼的拉伸強度。其中，第1組、第2組和第3組試樣的表層織物均為聚酯玻纖布。具體試驗方案如表1所示。

表1 抗裂貼拉伸強度特性試驗方案Table 1 Schemes of tensile strength test of anti-crack paste

3 抗裂貼拉伸強度特性影響因素分析

3.1 寬度的影響

從圖1(a)的抗裂貼荷載-變形曲線可以看出，曲線有明顯的屈服點，拉力到達峰值后材料發(fā)生斷裂，一定標(biāo)距條件下寬度對峰值拉力的影響較明顯，隨著寬度的不斷增長，峰值拉力逐漸變大。變形達到6 mm左右，試樣中瀝青達到峰值應(yīng)力，發(fā)生破壞。圖1(b)為試樣寬度和拉伸強度的關(guān)系曲線，從圖1(b)可以看出，寬度<70 mm的試樣拉伸強度變化不大;寬度>70 mm的試樣隨著寬度的增長，其拉伸強度逐漸減小且變化顯著;當(dāng)寬度為150 mm，拉伸速率為20 mm/min時，拉伸強度較低，<10 kN/m。

圖1 抗裂貼寬度對拉伸強度的影響Fig.1 Influence of width on the tensile strength of anti-crack paste

3.2 拉伸速率的影響

從圖2(a)中可以看出，試樣在寬度50 mm、標(biāo)距100 mm條件下，隨著拉伸速率的逐漸增大，峰值拉力逐漸增大，但是不同拉伸速率對應(yīng)的峰值應(yīng)力相差不大。試驗中最小拉伸速率20 mm/min對應(yīng)的峰值拉力為626.54 N，最大拉伸速率200 mm/min對應(yīng)的峰值拉力為764.75 N。圖2(b)為不同拉伸速率對應(yīng)的拉伸強度曲線，從圖2(b)中可以看出，隨著拉伸速率的不斷增加，抗裂貼的拉伸強度逐漸增大。拉伸速率較低時，拉伸強度增長比較緩慢，曲線比較平緩；當(dāng)拉伸速率達到100 mm/min以后，拉伸強度隨著拉伸速率的增大，增長比較明顯，曲線逐漸變得陡峭。

圖2 拉伸速率對抗裂貼拉伸強度的影響Fig.2 Influence of tensile rate on the tensile strength of anti-crack paste

圖3 夾持標(biāo)距對抗裂貼拉伸強度的影響Fig.3 Influence of clamping distance on the tensile strength of anti-crack paste

3.3 夾持標(biāo)距的影響

圖3(a)給出了不同夾持標(biāo)距對應(yīng)的峰值應(yīng)力，從圖3(a)中可以看出：在試樣寬度和拉伸速率一定的條件下，夾持標(biāo)距100 mm對應(yīng)的峰值拉力最小，標(biāo)距50 mm對應(yīng)的峰值拉力最大；隨著夾持標(biāo)距的增長，抗裂貼試樣的變形逐漸增大。從圖3(b)中可以看出，夾持標(biāo)距對抗裂貼拉伸強度的影響規(guī)律性不明顯，當(dāng)夾持標(biāo)距為100 mm時，對應(yīng)的拉伸強度最小,為15 kN/m。

3.4 表層土工織物的影響

抗裂貼表層土工織物一般選用聚酯玻纖布和有紡機織土工布2種材料。圖4為這2種表層土工織物在寬度為50 mm、標(biāo)距為100 mm、拉伸速率100 mm/min條件下的荷載與變形關(guān)系曲線。從圖4中可知，表層織物為聚酯玻纖布的抗裂貼的荷載和變形都比較小，且屈服破壞后，逐漸喪失受荷能力；而有紡機織土工布的抗裂貼在達到瀝青峰值拉力破壞后，由于表層覆蓋有紡機織土工布，抗裂貼仍然具有受荷能力，且遠(yuǎn)大于之前的承載能力。這是因為抗裂貼中瀝青的拉伸強度遠(yuǎn)小于其表層的有紡機織土工布，瀝青屈服破壞后，表層土工織物仍具備較強的承載能力。

圖4 不同表層織物的抗裂貼荷載和變形關(guān)系曲線Fig.4 Curvesofloadvs.deformationofanti-crackpastewithdifferentsurfacefabrics

4 結(jié) 論

通過以上分析研究，可得出以下結(jié)論：

(1) 一定標(biāo)距條件下寬度對抗裂貼峰值拉力的影響較明顯，隨著寬度的不斷增長，峰值拉力逐漸變大。抗裂貼試樣隨著寬度的增長，拉伸強度逐漸減小且變化顯著。

(2) 隨著拉伸速率的不斷增加，抗裂貼的拉伸強度逐漸增大。

(3) 夾持標(biāo)距100 mm對應(yīng)的峰值拉力最小，隨著夾持標(biāo)距的增長，抗裂貼試樣的變形逐漸增大。夾持標(biāo)距對抗裂貼拉伸強度的影響規(guī)律性不明顯。

(4) 表層土工織物對抗裂貼的承載能力影響較大，因為表層織物材料的性質(zhì)，可使抗裂貼的拉伸強度達到設(shè)計需要的值，且能提高抗裂貼的柔韌性和延展性。

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(編輯：陳 敏)

Tensile Strength Properties of High Polymer Anti-crack Paste

SUN Hui, LIU Jun, TONG Jun

(Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China)

High polymer anti-crack paste could reinforce local structural layer of asphalt pavement by effectively resisting the tensile stress at the crack of the layer and controlling the crack width. In this article, the influences of width, tensile rate, clamping distance and surface fabric on the tensile properties of crack paste samples were studied with electronic universal testing machine controlled by microcomputer. Results showed that the tensile strength of polymer anti-crack paste decreased and changed remarkably with the increase of width, but increased gradually with the increase of tensile rate. Clamping distance had no obvious regular effect on the tensile strength of the crack paste; while the properties of surface fabric had large impact on the tensile strength of the crack paste.

anti-crack paste; tensile properties; surface fabric；tensile strength；clamping distance

2016-08-03；

2016-11-21

“十二五”國家科技支撐計劃課題項目(2015BAB07B04)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費項目(CKSF2016044/YT，CKSF2014060/YT)；水利部土石壩破壞機理與防控技術(shù)重點實驗室開放基金項目(YK914023)

孫 慧(1980-)，女，湖北隨州人，高級工程師，博士，主要研究方向為環(huán)境巖土工程，(電話)027-82820427(電子信箱)sunhui_hust@126.com。

10.11988/ckyyb.20161013

TU411

A

1001-5485(2017)02-0005-03

2017,34(2):5-7